JP5764049B2 - 圧電式バルブ及び該圧電式バルブを利用した噴風手段を備える光学式粒状物選別機 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブ及び該圧電式バルブを利用した噴風手段を備える光学式粒状物選別機に関する。

従来、穀粒や樹脂ペレット等の粒状物を噴風により吹き飛ばして良品と不良品に選別したり、粒状物に混入する異物等を噴風により除去したりする光学式粒状物選別機が知られている。
この種の粒状物選別機は、搬送路の端部から所定の軌跡に沿って落下する粒状物を、不良品等の検出信号に基づいて噴風により吹き飛ばし除去することで、該粒状物の選別を行うものである。

上記粒状物選別機は、連続的かつ大量に落下する粒状物の中から不良品等をエアの噴風により吹き飛ばすものであり、当該不良品等のみを他の粒状物を巻き込むことなく精度よく吹き飛ばすためには噴風ノズルに応答性のよいバルブを備えることが必要となる。
そこで、圧電素子を利用することでバルブの開閉を高速で行える圧電式エアバルブが提案されている（特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された圧電式エアバルブは、高速応答性能に優れる圧電素子の特性を利用するものであり、圧電素子の小さな変位をテコの原理に基づき拡大する変位拡大機構を備えるものである。

当該圧電式エアバルブは、圧電素子に電圧を印加すると、該圧電素子の伸長方向への変位が前記変位拡大機構を介して弁体に伝わり、該弁体を速やかに移動させて開弁する。
また、当該圧電式エアバルブは、前記圧電素子への電圧印加を解除すると、該圧電素子の原状復帰に伴う復帰力が前記変位拡大機構を介して前記弁体に伝わり、該弁体を速やかに弁座に当接させて閉弁する。

そして、上記圧電式エアバルブを利用した噴風ノズルを備える光学式粒状物選別機は、上記圧電式エアバルブが従来の電磁バルブに比べてバルブ開閉時の応答性に優れることから、不良品等を精度よく吹き飛ばし、かつ前後の良品等を巻き込んで吹き飛ばすおそれの少ないものである。

ところで、光学式粒状物選別機の多くは、粒状物を効率よく選別するため、複数のバルブを並設してなる複合式バルブを利用した噴風ノズルを備える。

しかしながら、特許文献１に記載された圧電式エアバルブは、複合式エアバルブを構成する場合、単体のエアバルブをバルブの数だけ連接する必要があり、組立作業に時間がかかる問題がある。

特許第４３４４１６４号公報

そこで、本発明は、組立作業を効率よく行うことができる圧電式バルブを提供することを目的とする。
また、本発明は、組立作業を効率よく行うことができる上記圧電式バルブを利用した噴風手段を備える光学式粒状物選別機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の圧電式バルブは、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に配設されるとともに該バルブ本体に固定されるプレートと、弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子、前記圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートの両面に固定され、前記プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

本発明の圧電式バルブは、前記アクチュエータが、弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子、前記弁体における動作方向の軸線に対して対称に設けられ、前記圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる一対の変位拡大機構を一体として有することが好ましい。

本発明の圧電式バルブは、前記バルブ本体が、前面が開口するケースであって、前記プレートには、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられることが好ましい。

本発明の圧電式バルブは、前記蓋体には、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設されることが好ましい。

本発明の光学式粒状物選別機は、被選別物を移送する移送手段と、該移送手段の端部から落下する被選別物を検出位置において検出する光学検出手段と、該光学検出手段のさらに下方に設けられ当該光学検出手段による検出結果に基づいて前記被選別物をエアの噴風により吹き飛ばす噴風手段とを備え、前記噴風手段は、前記圧電式バルブを備え、前記光学検出手段による検出結果に基づいて前記圧電式バルブを駆動しエアを噴風することを特徴とする。

本発明の圧電式バルブによれば、アクチュエータが両面に固定された状態のプレートをバルブ本体に固定することができるので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率よく行うことができる。
また、本発明の圧電式バルブによれば、前記アクチュエータが前記プレートの両面に固定されるので、複合式バルブの気体吹き出し口の間隔を従来に比べ小さくすることができるため、該複合式バルブをコンパクトなものとすることができる。

本発明の圧電式バルブは、前記バルブ本体が、前面が開口するケースであって、前記プレートに、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられることとすれば、前記プレートを前記ケースの前面から組み付けるだけの簡単な作業で組み立てを行うことができる。

本発明の圧電式バルブは、前記蓋体に、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設されることとすれば、組立作業をより効率よく行うことができる。

本発明の光学式粒状物選別機は、前記噴風手段が、前記圧電式バルブを備えるので、組立作業を効率よく行うことができる。

実施の形態１における圧電式バルブの概略斜視図。 実施の形態１における圧電式バルブを構成する弁座プレートの説明図。 実施の形態１における圧電式バルブを構成するアクチュエータの説明図。 実施の形態１における弁座プレートにアクチュエータを取り付けた状態の説明図。 実施の形態１における圧電式バルブの分解図。 実施の形態２における圧電式バルブを構成するプレートの説明図。 実施の形態２における圧電式バルブの概略説明図。 光学式粒状物選別機の要部側断面図。 光学式粒状物選別機の制御ブロック図。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜圧電式バルブ＞
［実施の形態１］

図１は、圧電式バルブの概略斜視図を示す。図２は、圧電式バルブを構成する弁座プレートの説明図を示す。図３は、圧電式バルブを構成するアクチュエータの説明図を示す。図４は、弁座プレートにアクチュエータを取り付けた状態の説明図を示す。図５は、圧電式バルブの分解図を示す。

本実施の形態において、圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０、該バルブ本体２０の前面にネジで固定される中間スペーサ３０、前記バルブ本体２０の内部に配設されるとともに、前記中間スペーサ３０の前面にネジで固定される弁座プレート４０、前記弁座プレート４０の両面にネジで固定されるアクチュエータ５０を備える。

前記バルブ本体２０は、前面が開口するケースであって、内部には外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室を備える。
前記中間スペーサ３０は、二つの貫通する開口を備える。

前記弁座プレート４０は、前記アクチュエータ５０の取り付け部４１を両面に備えるとともに、その前方に前記ケースの開口を閉鎖する蓋体４２を一体に備える。当該蓋体４２には、前記アクチュエータ５０の後述する弁体が当接する弁座４３が二つ設けられる。また、当該蓋体４２には、前面に二つの気体吹き出し口４４が設けられ、前記両弁座４３の弁座面から前記気体吹き出し口４４へ連通する気体排出路４５がそれぞれ形成される。さらに、前記蓋体４２には、前面に前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口４６が設けられるとともに、後述する圧電素子用の配線コネクタ４７が配設される。該配線コネクタ４７から圧電素子への配線は、該弁座プレート４０内にモールドされる。前記弁座プレート４０は、例えば合成樹脂材料により一体に成形される。

前記アクチュエータ５０は、ゴム製好ましくは滑性ゴムの弁体５１、該弁体５１の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子５２、前記圧電素子５２の変位を拡大して前記弁体５１に作用させる変位拡大機構５３を備える。

前記変位拡大機構５３は、前記弁体５１の動作方向の軸線、ここでは、前記弁体５１と前記圧電素子５２の長手方向軸線を結ぶ直線（以下、「中心線」という。）に対して一対が対称に配置される。

第１変位拡大機構は、第１ヒンジ５４、第２ヒンジ５５、第１アーム５６及び第１板バネ５７を有する。前記第１ヒンジ５４の一端はＵ字状のベース基板５８の一方側先端に対し一体とされ、前記第２ヒンジ５５の一端はキャップ部材５９に対し一体とされる。前記第１アーム５６の外側先端部には、第１板バネ５７の一端が接合され、該第１板バネ５７の他端には前記弁体５１の一方側の側端部が接合される。

第２変位拡大機構は、第３ヒンジ６０、第４ヒンジ６１、第２アーム６２及び第２板バネ６３を有する。前記第３ヒンジ６０の一端は前記Ｕ字状のベース基板５８の他方側先端に対し一体とされ、前記第４ヒンジ６１の一端は前記キャップ部材５９に対し一体とされる。前記第２アーム６２の外側先端部には、第２板バネ６３の一端が接合され、該第２板バネ６３の他端には前記弁体５１の他方側の側端部が接合される。
前記変位拡大機構５３は、例えばステンレス材等の金属材料を打ち抜いて、前記ベース基板５８及びキャップ部材５９とともに一体に成形される。

図４に示すように、前記弁座プレート４０には、前記弁座４３に前記弁体５１が当接した状態で前記アクチュエータ５０がネジにより固定される。その際、前記アクチュエータ５０には、前記ネジの軸径よりも大きな孔が形成されており、前記弁座４３に対する前記弁体５１の当接状態を微調整できる。なお、前記アクチュエータ５０は、前記弁座プレート４０の両面に固定されている。

図４に示す状態において、上記アクチュエータ５０は、閉弁状態において前記圧電素子５２に通電すると、当該圧電素子５２が図面上左方向に伸長する。当該圧電素子５２の伸長に伴う変位は、前記第１変位拡大機構において、前記第１ヒンジ５４を支点、前記第２ヒンジ５５を力点、前記第１アーム５６の外側先端部を作用点としてテコの原理により拡大され、前記第１アーム５６の外側先端部を大きく変位させる。また、前記圧電素子５２の伸長に伴う変位は、同様に、前記第２変位拡大機構において、前記第３ヒンジ６０を支点、第４ヒンジ６１を力点、第２アーム６２の外側先端部を作用点として、前記第２アーム６２の外側先端部を大きく変位させる。

そして、前記第１アーム５６の外側先端部と前記第２アーム６２の外側先端部の各変位は、前記第１板バネ５７及び第２板バネ６３を介して前記弁体５１を前記弁座４３から離間させ、前記気体排出路４５を開放する。

一方、上記アクチュエータ５０は、前記圧電素子５２への通電が解除されると該圧電素子５２が収縮し、当該収縮が前記第１及び第２変位拡大機構を介して前記弁体５１を前記弁座４３に着座させ、前記気体排出路４５を閉鎖する。

図５に示すように、上記圧電式バルブ１０は、まず、前記中間スペーサ３０を前記バルブ本体２０のケース前面にガスケット７０を介して当接させた状態でネジにより固定し、次に、前記アクチュエータ５０が固定された前記弁座プレート４０を前記中間スペーサ３０の開口を介して前記バルブ本体２０のケース内に挿入した後、前記弁座プレート４０の蓋体４２を前記中間スペーサ３０の前面にガスケット８０を介して当接させた状態でネジにより固定することで組み立てられる。
上記圧電式バルブ１０は、前記中間スペーサ３０が前記弁座プレート４０を挿通可能とする二つの開口を有し、前記弁座プレート４０の両面には前記アクチュエータ５０が固定されているため、気体圧力室を共通とする四つのバルブを並設してなる複合圧電式バルブである。

上記圧電式バルブ１０は、該圧電式バルブ１０を並設することで、複合圧電式バルブのバルブ数を増やすことができる。
また、上記圧電式バルブ１０は、前記バルブ本体２０のケースの幅を変更することで、該ケース内に挿入する弁座プレート４０の数を変更し、バルブ数を変更することもできる。

本実施の形態における圧電式バルブ１０によれば、アクチュエータ５０が両面に固定された状態の弁座プレート４０をバルブ本体２０に固定することができるので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率的に行うことができる。

また、本実施の形態における圧電式バルブ１０によれば、前記アクチュエータ５０が前記弁座プレート４０の両面に固定されるので、前記複合圧電式バルブの気体吹き出し口の間隔を従来に比べ小さくすることができ、複合圧電式バルブをコンパクトなものとすることができる。

本実施の形態における圧電式バルブ１０は、蓋体４２を一体に備える前記弁座プレート４０を、前記バルブ本体２０のケース前面から組み付けるだけの簡単な作業で組み立てを行うことができる。

そして、本実施の形態における圧電式バルブ１０は、例えば前記バルブ本体２０のケースが複数並設される場合でも、前記弁座プレート４０の着脱作業を前記ケースの前面から行えるため、他のケースが障害とならず、従来に比べ組立作業や保守作業の効率が格段に向上する。

本実施の形態における圧電式バルブ１０は、前記蓋体４２に、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口４６が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタ４７が配設されるので、組立作業や保守作業をより効率的に行うことができる。

なお、本実施の形態における圧電式バルブ１０において、前記中間スペーサ３０を前記バルブ本体２０のケース前面に固定する手段、及び前記弁座プレート４０の蓋体４２を前記中間スペーサ３０の前面に固定する手段は、特にネジに限るものでなく、例えば、溶着等を用いることもできる。
本実施の形態における圧電式バルブ１０において、上記各部材を溶着等により固定する場合でも、組立を効率的に行えるが、ネジを用いて着脱自在に固定した場合は、前記弁座プレート４０を前記バルブ本体２０から容易に取り外すことができるので保守作業もより効率よく行うことができることは言うまでもない。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
［実施の形態２］

図６は、圧電式バルブを構成するプレートの説明図を示す。図７は、圧電式バルブの概略説明図を示す。
本実施の形態においても、プレート１４０は、アクチュエータ５０の取り付け部を両面に備える。前記アクチュエータ５０は、図３に示すものを利用するため、ここでの説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態の圧電式バルブ１１０は、バルブ本体１２０の側面が開口するケースであり、前記プレート１４０を前記側面からケース内に組み込みネジにより固定する。

前記バルブ本体１２０には、外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室１２１が形成される。また、前記バルブ本体１２０には、前記アクチュエータ５０の弁体５１が当接する弁座１２２と、該弁座１２２の弁座面から外部へ連通し前記気体圧力室１２１内の圧縮気体を外部に噴出する気体排出路１２３が、前記アクチュエータ５０の数に応じて複数形成される。

したがって、本実施の形態の圧電式バルブ１１０も、気体圧力室を共通とする複数のバルブを並設してなる複合圧電式バルブを構成することができる。
また、本実施の形態の圧電式バルブ１１０も、該圧電式バルブ１１０を並設することで、複合圧電式バルブのバルブ数を増やすことができる。

なお、本実施の形態の圧電式バルブ１１０が、バルブ本体１２０の側面を蓋部材等により密閉した状態で使用されることは言うまでもない。

本実施の形態においても、上記圧電式バルブ１１０は、アクチュエータ５０が両面に固定された状態の前記プレート１４０を前記バルブ本体１２０に固定するので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率的に行うことができる。
また、本実施の形態における圧電式バルブ１１０も、バルブ本体１２０の側面に蓋部材を固定する場合を含め、上記各部材を溶着等により固定することができる。

＜光学式粒状物選別機＞
次に、上記各実施の形態における圧電式バルブを利用した噴風ノズルを備える光学式粒状物選別機について説明する。
図８は、光学式粒状物選別機の内部構造を簡略化して示した要部側断面図を示す。図９は、光学式粒状物選別機における制御ブロック図を示す。
光学式粒状物選別機２１０は、上部にタンク２２０と振動フィーダ２３０とからなる粒状物供給部を有する。粒状物供給部の下方には所定幅を有する傾斜状シュート２４０が配置される。
前記粒状物供給部から供給された粒状物は、前記傾斜状シュート２４０上を幅方向に広がって連続状に自然流下した後、その下端から所定の落下軌跡に沿って空中に放出される。

前記所定の落下軌跡の前後には、前記傾斜状シュート２４０の幅方向に平行に直線状に延びる粒状物検出位置Ｏにおいて粒状物を撮像する少なくとも一対の光学検出装置２５０ａ，２５０ｂが対向して配設される。各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂは、それぞれＣＣＤラインセンサを内蔵するＣＣＤカメラ等の撮像手段２５１ａ，２５１ｂ、蛍光灯等からなる照明手段２５２ａ，２５２ｂ、及び前記粒状物を撮像する際の背景となるバックグラウンド２５３ａ，２５３ｂ等から構成される。

また、前記粒状物検出位置Ｏの下方には、不良品等をエアの噴風により除去する噴風装置２７０が配設される。前記噴風装置２７０は、上記圧電式バルブ１０，１１０を複数並設して組み込んだ噴風ノズル２７１と、該噴風ノズル２７１に圧縮空気を送る圧縮空気供給装置２７３を備え、前記各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂの検出結果に基づいて、前記傾斜状シュート２４０の下端から放出される粒状物を、該粒状物の落下軌跡の幅方向各位置に対応して設けられる前記噴風ノズル２７１の複数のノズル孔からのエアの噴射により吹き飛ばす。なお、前記圧電式バルブ１０，１１０の圧電素子５２は、駆動装置２７２の駆動回路と電気的に接続される。

上記光学式粒状物選別機２１０において、前記傾斜状シュート２４０を幅方向に広がって連続状に自然流下した後、その下端から所定の落下軌跡に沿って空中に放出される粒状物は、前記粒状物検出位置Ｏにおいて前記各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂの撮像手段２５１ａ，２５１ｂにより撮像され、当該撮像データが制御装置２６０に送られる。該制御装置２６０は、前記撮像データに基づいて不良品等の除去すべき粒状物を特定するとともに当該粒状物の大きさ等に関する情報を取得し、前記不良品等の排除信号を前記駆動装置２７２に送る。

前記噴風装置２７０は、前記駆動装置２７２に送られる前記排除信号に基づいて前記複数の圧電式バルブ１０，１１０を選択的に駆動し、前記傾斜状シュート２４０の幅方向に平行に直線状に延びる粒状物排除位置Ｅを通過する不良品等に対し、該幅方向の各位置に対応して設けられる前記噴風ノズル２７１の各ノズル孔からエアを噴風する。

そして、前記噴風ノズル２７１の各ノズル孔からの噴風により吹き飛ばされた不良品等は、不良品排出口２８１から機外に排出される。また、噴風により吹き飛ばされることなく所定の落下軌跡をそのまま通過した良品等は、良品排出口２８２から回収される。

上記光学式粒状物選別機において、選別対象となる粒状物は、代表的には穀物粒、特に米粒であるが、必ずしも穀物粒に限られるわけではなく、その対象物は、噴風によって吹き飛ばすことが可能な大きさと質量である限り何でも構わない。

以上のとおり、上記光学式粒状物選別機は、前記噴風ノズル２７１が上記圧電式バルブ１０を備えるので、組立作業を効率よく行うことができる。

なお、本発明の圧電式バルブが備えるアクチュエータは、上記各実施の形態において説明するものに限定されない。
例えば、前記アクチュエータは、変位拡大機構が弁体の動作方向の軸線に対して非対称に配置されるものでもよいし、変位拡大機構が一つのみ配置されるものでもよい。
また、前記アクチュエータは、弁体がアーム部材の一端部に接合されるものでもよい。
さらに、前記アクチュエータは、圧電素子の長手方向軸線が弁体の動作方向に一致するものでなくてもよい。

本発明は、上記実施の形態に限るものでなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。

本発明の圧電式バルブは、組立作業を効率よく行うことができるため、極めて利用価値が高い。

１０ 圧電式バルブ
２０ バルブ本体
３０ 中間スペーサ
４０ 弁座プレート
４１ アクチュエータ取り付け部
４２ 蓋体
４３ 弁座
４４ 気体吹き出し口
４５ 気体排出路
４６ 圧縮気体取入口
４７ 配線コネクタ
５０ アクチュエータ
５１ 弁体
５２ 圧電素子
５３ 変位拡大機構
５４ 第１ヒンジ
５５ 第２ヒンジ
５６ 第１アーム
５７ 第１板バネ
５８ ベース基板
５９ キャップ部材
６０ 第３ヒンジ
６１ 第４ヒンジ
６２ 第２アーム
６３ 第２板バネ
１１０ 圧電式バルブ
１２０ バルブ本体
１２１ 気体圧力室
１２２ 弁座
１２３ 気体排出路
１４０ プレート
２１０ 光学式粒状物選別機
２４０ 傾斜状シュート
２５０ａ，２５０ｂ 光学検出装置
２５１ａ，２５１ｂ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２６０ 制御装置
２７０ 噴風装置
２７１ 噴風ノズル
２７３ 圧縮空気供給装置

Claims (4)

1. 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
   前記バルブ本体の内部に配設されるとともに該バルブ本体に固定されるプレートと、
   弁体、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子、前記圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構を有し、前記プレートの両面に固定され、前記プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする圧電式バルブ。
2. 前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
   前記プレートには、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられる請求項１記載の圧電式バルブ。
3. 前記蓋体には、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設される請求項２記載の圧電式バルブ。
4. 被選別物を移送する移送手段と、該移送手段の端部から落下する被選別物を検出位置において検出する光学検出手段と、該光学検出手段のさらに下方に設けられ当該光学検出手段による検出結果に基づいて前記被選別物をエアの噴風により吹き飛ばす噴風手段とを備えてなる光学式粒状物選別機であって、
   前記噴風手段は、請求項１乃至３の何れかに記載の圧電式バルブを備え、前記光学検出手段による検出結果に基づいて前記圧電式バルブを駆動しエアを噴風することを特徴とする光学式粒状物選別機。

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